小電流接地系統(tǒng)消諧方式分析

原　玉，林羅波，張迎曉，朱興文

（華能山東石島灣核電有限公司，山東　威海　264312）

小電流接地系統(tǒng)消諧方式分析

原玉，林羅波，張迎曉，朱興文

（華能山東石島灣核電有限公司，山東威海264312）

介紹小電流接地系統(tǒng)常見的幾種消諧方法及其優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)介紹電壓互感器（TV）中性點(diǎn)串接零序TV的消諧方式。對系統(tǒng)單相接地后一次電壓相量進(jìn)行詳細(xì)分析和推導(dǎo)，介紹TV二次各種接線方式及其優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行推薦最優(yōu)接線方式。

小電流接地系統(tǒng)；消諧方式；電壓互感器；單相接地

0　引言

目前我國6～35 kV電力系統(tǒng)中性點(diǎn)大多不接地或經(jīng)消弧線圈接地，即采用小電流接地方式。此電壓等級(jí)下的負(fù)荷大多采用三相供電，系統(tǒng)單相接地時(shí)線電壓依然平衡，設(shè)備可短時(shí)繼續(xù)運(yùn)行，從而保證供電可靠性［1］。但由于電壓互感器（TV）等非線性元件與系統(tǒng)中的電容構(gòu)成振蕩回路，當(dāng)滿足一定的激磁條件，如單相接地時(shí)，TV鐵心飽和而發(fā)生鐵磁諧振現(xiàn)象，在線路上形成一個(gè)RLC的串聯(lián)諧振電路，從而使線路上出現(xiàn)危險(xiǎn)的過電壓（可達(dá)相電壓的2.5～3倍）和過電流，導(dǎo)致線路上絕緣薄弱地點(diǎn)的絕緣擊穿。為防止上述情況發(fā)生，規(guī)程規(guī)定，在單相接地電容電流大于一定值的電力系統(tǒng)中（3～10 kV電網(wǎng)中接地電容電流大于30 A），電源中性點(diǎn)必須采用經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。

除此之外還有以下幾種常見的消除鐵磁諧振的方法：在TV一次中性點(diǎn)串接電阻器；在TV一次中性點(diǎn)經(jīng)零序電壓互感器接地；在TV二次開口三角繞組并接小電阻 （常接1只220 V，500W白熾燈）［2］；在TV二次開口三角繞組加裝微機(jī)消諧裝置；采用勵(lì)磁特性較好的TV，使鐵心不易飽和。

從穩(wěn)定性和安全性考慮，系統(tǒng)中性點(diǎn)加裝消弧線圈是最好的方法，但其成本較高，若經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后是可行的，可采用此法；TV一次中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地時(shí)，開口三角輸出電壓相應(yīng)降低，會(huì)影響接地指示裝置的靈敏性，且要考慮電阻的熱容量；并接白熾燈或電阻的方法對電阻阻值的選擇要求很高，太小TV會(huì)出現(xiàn)過載，導(dǎo)致熔絲熔斷甚至TV燒毀，太大又難以消除分頻諧振；而加裝微機(jī)消諧裝置既復(fù)雜成本又高且容易出現(xiàn)故障，目前還不適合推廣；采用電容式電壓互感器代替電感式，雖然解決了系統(tǒng)鐵磁諧振的問題，但TV內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振等問題，從而影響電容式電壓互感器的可靠性和測量精度［3］。

實(shí)踐表明，在TV一次中性點(diǎn)串接零序電壓互感器的方法能有效抑制鐵磁諧振的產(chǎn)生，其作用原理是增加了回路零序阻抗，分擔(dān)了大部分的零序電壓，原TV只反映回路正序電壓，這樣兩只TV鐵心都很難進(jìn)入飽和區(qū)從而避免產(chǎn)生諧振過電壓［4］。下面主要介紹幾種常見的“4TV”接線方式并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。

1　原理分析

一次電路如圖1所示，對系統(tǒng)單相金屬性接地故障，中性點(diǎn)串接零序TV電壓分析。

圖1　一次回路

圖2　單相金屬性接地回路

此時(shí)加在TV一次繞組上的電壓為

用系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)相電壓UA、UB、UC來表示為

相量圖如圖3所示。

圖3　單相金屬性接地相量

與TV一次中性點(diǎn)直接接地的情況進(jìn)行比較，可以看出加在每相TV繞組上的零序電壓UON由原來的-UC降低為-0.25UC，開口三角的電壓UΔ=3×（-0.25）=-0.75UC，T0上的電壓UND=-0.75UC，大部分零序電壓加在T0繞組上。

而非故障相電壓值UAN=UBN=1.146UA，TV是允許在1.1倍額定電壓下長期運(yùn)行的。

綜上所述，TV一次中性點(diǎn)串接零序TV接地后，在系統(tǒng)出現(xiàn)單相金屬性接地時(shí)，T和T0承載電壓均不高，磁通密度降低，減少了諧振發(fā)生的概率。

2　4TV二次接線方式分析

2.1二次接線方式一

開口三角繞組串接零序TV二次繞組如圖4所示。

圖4　4TV二次接線方式一

絕緣監(jiān)察報(bào)警回路是T開口三角繞組順極性串接T0二次繞組構(gòu)成的，如果T0阻抗與T阻抗近似相等，根據(jù)上面分析可以得出

3U0=UΔ+UND=（-0.75UC）+（-0.75UC）=-1.5UC（9）

此種接法的優(yōu)點(diǎn)是能夠正確反映系統(tǒng)單相接地后零序電壓數(shù)值。系統(tǒng)單相接地后，零序電壓加在T 和T0繞組，選擇合適的變比可使二次接地報(bào)警裝置具有較高的靈敏度。

此種接法的缺點(diǎn)是開口三角回路不能消除3次諧波分量，在T0繞組上會(huì)有較高的3次諧波電壓，當(dāng)發(fā)生3次諧波諧振時(shí)，開口三角電壓升高，造成單相接地的假象。

2.24TV二次接線方式二

開口三角繞組短接，零序TV二次繞組測量零序電壓，如圖5所示。

圖5　4TV二次接線方式二

開口三角繞組短接后，系統(tǒng)三次諧波分量在開口三角各相繞組中感應(yīng)出3次諧波電動(dòng)勢，且在閉合三角繞組內(nèi)形成3次諧波環(huán)流，這一環(huán)流會(huì)產(chǎn)生3次諧波反電動(dòng)勢，將趨于把鐵心中原有的3次諧波磁通去磁，相當(dāng)于“吸收了”3次諧波分量。

此種接法的最大問題是開口三角回路短接，T繞組中會(huì)有零序電壓產(chǎn)生，將在閉合三角回路中形成環(huán)流，如果處理不及時(shí)造成TV損壞或爆炸等嚴(yán)重后果。

3　分析與改進(jìn)

實(shí)際運(yùn)行中此種接法也出現(xiàn)TV燒損的情況，就是系統(tǒng)單相接地并伴隨低頻振蕩時(shí)，由于系統(tǒng)頻率大幅降低，導(dǎo)致T0阻抗嚴(yán)重下降，從而使T零序電壓增大，開口三角零序電壓形成環(huán)流燒毀TV，因此建議開口三角繞組經(jīng)適當(dāng)電阻短接，既可以限制閉合三角回路中的環(huán)流，又對分頻諧振和低頻振蕩起到抑制作用。

4　結(jié)語

采用TV一次中性點(diǎn)串接零序TV的方對消除鐵磁諧振效果明顯，其二次接線較為復(fù)雜，方式較多各有優(yōu)劣。

TV一次中性點(diǎn)串接零序TV接地的方式可有效防止小電流接地系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生的鐵磁諧振，大大降低了TV一次熔斷器熔斷的概率。串接的零序TV一次繞組的阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于原TV，盡可能承載系統(tǒng)全部零序電壓。

原TV開口三角繞組應(yīng)避免直接短接，并接滿足抑制分頻諧振和低頻振蕩的小電阻較為理想。雖然“4TV”法可以在諧振初期有效抑制鐵磁諧振的形成，但零序TV的加入導(dǎo)致系統(tǒng)對地感抗加大，一旦形成鐵磁諧振，過電流仍可能導(dǎo)致TV燒毀。由此可見，應(yīng)從系統(tǒng)運(yùn)行方式、設(shè)備選用等方面防止鐵磁諧振發(fā)生，而不能盲目依賴各種消諧措施。

［1］王文洪.10 kV電壓互感器燒毀的原因分析和防范措施［J］.廣東輸電與變電技術(shù)，2005（6）：65-67.

［2］周潔蓮，吳少珍.防止電壓互感器的鐵磁諧振過電壓的有效措施［J］.高電壓技術(shù)，2001，21（7）：53-55.

［3］高偉，陳連貴，趙軍良.配電網(wǎng)電磁式電壓互感器諧振過電壓抑制方法綜述［J］.陜西電力，2008，36（10）：25-29.

［4］王亮，施圍，沙玉州.采用4TV法的配電網(wǎng)中鐵磁諧振的研究［J］.高電壓技術(shù)，2005，31（10）：15-17.

［5］朱岸明，吳經(jīng)峰，王國夫.互感器勵(lì)磁特性線性度對鐵磁諧振的影響分析［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2008，24（11）：20-22.

Harmonic E lim ination M ethod A nalysis of S mall C urrent G rounding S ystem

YUAN Yu，LIN Luobo，ZHANG Yingxiao，ZHU Xingwen
（Huaneng Shandong Shidao Bay Nuclear Power Co.，Ltd.，Weihai264312，China）

Some common harmonic eliminationmethods of the small current grounding system，aswell as their advantages and disadvantages，are introduced，and the harmonic elimination method that the voltage transformer neutral series connection of zero sequential potential transformer is emphatically present.The primary voltage after the electric power system single-phase grounding is analyzed and derived detailedly.Advantages and disadvantages of different connection modes of potential transformer secondary wiring are analyzed，and the optimal connectionmode according to the actual operation is recommend.

small currentgrounding system；harmonic eliminationmethod；potential transformer；single-phase grounding

TM76

B

1007－9904（2016）03－0041－04

2015-10-24

原玉（1987），男，從事繼電保護(hù)調(diào)試工作；

林羅波（1987），女，從事繼電保護(hù)調(diào)試工作；

張迎曉（1987），女，從事運(yùn)行管理工作；

朱興文（1987），男，從事繼電保護(hù)調(diào)試工作。